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基于 PLC 的 RV 減速機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2017-6-9 來源：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 作者：黃賢振
摘要：減速機(jī)是工業(yè)機(jī)械臂重要的核心零部件，它的主要作用是把機(jī)械臂中交流電機(jī)高轉(zhuǎn)速、低扭矩的輸出轉(zhuǎn)換成低轉(zhuǎn)速、大扭矩的輸出。 一般大負(fù)載的情況下通常選用 RV 減速機(jī)。本文中通過設(shè)計(jì)基于 PLC 控制技術(shù)模擬工業(yè)機(jī)械臂的肘關(guān)節(jié)，驗(yàn)證多段速情況下減速機(jī)實(shí)際輸出曲線。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)以 PLC 為核心控制器，通過變頻器控制實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的多端速，通過模擬量模塊檢測(cè)交流電機(jī)工作過程中的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，通過張力控制器模擬機(jī)械臂工作的負(fù)載。
關(guān)鍵詞：RV 減速機(jī)；PLC；人機(jī)交互界面；模擬量
隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人作為最為重要的一個(gè)分支，近年來取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。其中減速機(jī)是最為核心的關(guān)鍵技術(shù)，減速機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的有諧波減速機(jī)和 RV 減速機(jī)。其中諧波減速機(jī)具有傳動(dòng)速比大、傳動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)，但是容易產(chǎn)生交變應(yīng)力，造成疲勞破環(huán)，散熱條件差。RV 扭矩大、承受過載能力高、傳動(dòng)效率高，較為廣泛的應(yīng)用在機(jī)械臂中。
1.硬件組成
1.1 硬件系統(tǒng)組成
使用 PLC 作為核心控制器，PLC 通過編寫的程序控制變頻器實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的多端速運(yùn)行，交流電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速可以通過模擬量模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)監(jiān)控，張力控制器通過控制電流的大小調(diào)整磁粉的輸出實(shí)現(xiàn)模擬負(fù)載的效果。同時(shí)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)中的所有變量都可以通過人機(jī)界面進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)整。
1.2 系統(tǒng)硬件的選擇
1.2.1 PLC
PLC 的選擇主要要考慮機(jī)型、容量、I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊。
本文試驗(yàn)臺(tái)，所需要輸出點(diǎn) 5，輸入點(diǎn)用觸摸屏仿真處理所以輸入點(diǎn)不做要求，同時(shí)需要需用 4 通道的模擬量模塊監(jiān)控交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。綜上分析 PLC 控制器選用西門子 S7- 200 系列 CPU- 22（AC/DC/RLY）。
1.2.2 人機(jī)界面
選用昆侖通泰的 MCGS 觸摸屏來作為試驗(yàn)臺(tái)的人機(jī)交互界面。利用觸摸屏來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、多端速的選擇、轉(zhuǎn)速曲線監(jiān)控、報(bào)警數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等功能。使操作更加的方便，并節(jié)省 PLC 的輸入點(diǎn)的應(yīng)用。
2.控制系統(tǒng)組成
2.1 PLC 內(nèi)部寄存器分配及 I/ O 分布表
表 1 系統(tǒng)控制 I/ O 分布表
2.2 PLC 程序設(shè)計(jì)
1）將變頻器的模擬量信號(hào)采集到 PLC，應(yīng)用 EM232 的模擬量借口采集到模擬量信號(hào)存儲(chǔ)到 AIW0 存儲(chǔ)器。
2）多段速調(diào)速方法。通過控制 Q0.0 Q0.1 Q0.2 三個(gè)輸出端子的通斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)變頻器的 7 段調(diào)速。
3.系統(tǒng)調(diào)試
操作界面主要由：數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)報(bào)警、實(shí)時(shí)曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表、參數(shù)設(shè)定、密碼設(shè)置等界面組成。實(shí)時(shí)曲線畫面可以實(shí)時(shí)的反饋電機(jī)轉(zhuǎn)速的信息，觀察電機(jī)的速度曲線，如圖 3 所示。
圖 3 電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速監(jiān)控
4.實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)
本試驗(yàn)臺(tái)中應(yīng)用廉價(jià)的交流電機(jī)替代了昂貴的伺服電機(jī)，應(yīng)用PLC 控制器替代了工業(yè)機(jī)器人的核心控制器，利用張力控制器模擬負(fù)載，真實(shí)的模擬了機(jī)械臂工作情況。為檢測(cè) RV 減速機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量以及研究 RV 減速的工作性能提供了有力的輔助工具。
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